袁学锋

袁学锋，流变学专家，1963年6月生，汉族，理学博士、教授、博士生导师，英国物理学会FELLOW (FInstP)及其特许物理学家(CPhys)，英国皇家化学学会FELLOW (FRSC)，广州大学“”引进急需领军人才、二级教授、博导，国防科学技术大学理学院兼职特聘教授、博导。教育部2011计划——高性能计算协同创新中心首席科学家，中国第八届流变学专业委员会委员，广东省计算机学会超级计算专业委员会主任委员。 袁学锋教授曾获英国政府ORS和曼彻斯特大学研究生奖学金，1986-1989年间（自费公派）就读于曼彻斯特大学化学系，于1989年12月获理学博士学位。博士论文《共聚高分子链的自洽场理论及计算机模拟》获曼彻斯特大学1989年优秀论文Hibbert奖。2006年至2012年,担任英国流变学学会常任理事、《英国流变学通讯》主编；1996年获得具有国际声誉、为培养未来工程和数理科学领域里的领军人才而设的英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）高级研究员奖研金，并受邀担任英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）中的物理学科、材料学科、加工工艺、反恐怖犯罪技术的基金申请评审、考核专家组成员。他受邀担任英国医学科学研究委员会（MRC）中的交叉学科基金申请评审专家组成员、诸多SCI化学物理、流变学学术刊物论文评审专家库成员。担任过英国剑桥大学、华威大学、谢菲尔德大学、斯旺西和卡迪夫大学的博士论文答辩主考官。 袁学锋教授曾在英国剑桥大学物理系、卡文迪什实验室凝聚态理论物理中心任博士后研究员，师从世界著名理论物理学家Sir Sam F. Edwards教授；在日本名古屋大学应用物理系任（日本花王公司）客座研究员兼客座讲师。曾在英国Bristol大学物理系理论物理中心担任EPSRC高级研究员、博士生导师，在英国伦敦大学国王学院机械工程系任EPSRC高级研究员、博士生导师，英国曼彻斯特大学交叉学科生物中心、化学工程与分析科学系任博士生导师、生物化学物理Reader（英式校制职称）。曾在中国科学院化学所高分子物理重点实验室任客座研究员。曾担任日本东北大学物理系客座教授。于2013年10月6日经中山大学和国防科学技术大学推荐，广州超级计算中心建设工作领导小组同意任命袁学锋教授担任国家超级计算广州中心主任、广州市公益性事业单位独立法人。接到通知后，毅然辞去英国曼彻斯特大学的终生教职，全职回国效力，全面主持“国家超级计算广州中心”的组建、发展规划、建章立制、市场开拓、技术服务、应用普及，组织在“天河二号”系统上部署、验证、开发并行计算应用软件以及开展相关国际合作等工作，成果显著。在广州市政府把广州超算中心的管理权移交中山大学，并撤销超算中心独立法人机构之后，于2016年3月2日卸任超算中心主任。“国家超级计算广州中心”短暂而富有成效的发展历史为市场化运营超大型计算机系统积累了有益经验，也为其后续机构“中山大学国家超级计算广州中心”的可持续发展奠定了坚实的基础。 教学研究领域 袁学锋教授长期从事流变学、科学与工程计算、软凝聚态物理、材料科学与工程的研究工作。 近30年来，从工科到理科，又回到工科并渗透到交叉生命科学领域，袁学锋教授的科研和教学经历正如同流变学的学科交叉，呈现出一条理工交织的多学科轨迹，并积累了丰富的教学和科研经验。在伦敦国王学院机械工程系、曼彻斯特交叉学科生物中心分别创建了流变学研究室，并担任负责人。为本科生讲授物理化学、热力学、化工实验和生物技术导论等核心基础课程，为研究生开设了粘弹流体和高分子动力学、复杂流体和软物质流变学等高等课程。2007-2013年间，担任曼彻斯特大学化学工程与分析科学系本科一年级教学总管，领导15名授课教师每年完成大约280名学生的教学任务，成为学生们的良师益友，积累了相当的管理经验。近五年来，指导博士后和访问学者12名，博士生11名，毕业18名硕士。袁学锋教授通过对高分子熔体、自组装表面活性剂溶液、嵌段共聚高分子溶液和凝胶、蛋白质溶液和凝胶、浓悬浮液、泡沫、乳液和血液（包括脐带血）等诸多复杂流体的研究，逐步形成了其独特的研究风格，即以软凝聚态（统计）物理为基础，以非平衡态热力学和流变力学为框架，实验、理论、计算机仿真和科学大数据四位一体，倡导系统流变学研究，注重全面定量表征、理论计算预估、分子和材料加工的优化设计，面向高性能结构和功能材料的研制及其工程应用（包括生物和医学工程）。 主要学术贡献 ①首次提出平衡态嵌段共聚物在具有高度选择性溶剂中的自组装分子统计模型。基于范德华密度泛函溶液理论，首次提出更为普适的高分子链段之间相互作用的平均场势函数，彻底克服了爱德华兹高分子自洽场理论在计算不良溶剂中柔性高分子链构象时的不收敛问题，使得准确预估高分子链从无规疏松线团到高密度球的相转变成为可能。理论预估结果与Monte Carlo计算机模拟结果一致［Yuan and Masters 1991，见代表性论著部分文献］。随后，这一新的理论又被成功地推广到计算具有高度溶剂选择性的嵌段共聚物的链构象统计，并首次提出了完全基于分子参数的嵌段共聚高分子的自组装微观模型。从分子水平上（如给定分子链结构、各嵌段长度、链段之间相互作用势能参数等），准确预估嵌段共聚高分子溶液的平衡态性质（包括自由能变化、临界胶束浓度和临界胶束温度、胶束中的分子链数目等）［Yuan, Masters and Price 1992］。基于爱德华兹哈密顿量的现代高分子链构象统计理论是当今在分子水平上研究多嵌段共聚物、嵌段聚电解质、生物大分子及其自组装的平衡态相行为，调控共聚物和均聚物共混体系中从纳米到微米尺寸的微区形态，继而开展分子设计最为行之有效的工具。 ②在复杂流体非平衡态动力学研究领域获得国际领先成果。一是完善了土井正男的双流体理论框架，使其更具普适性，可以方便地耦合各种形式的多组份复杂流体自由能密度泛函和非线性粘弹本构关系。随后以双组份高分子体系为例，通过利用Flory-Huggins-de-Gennes高分子自由能密度泛函和具有普适性的微分粘弹本构关系，建立了包含热力学渗透压、非线性粘弹应力、非平衡态下的扩散方程程和Navier-Stokes方程的耦合模型[Yuan and Jupp 2002]，并成功地完成了在强剪切流场条件下对这一复杂热力学系统的数值模拟。数值模拟结果首次完整地展示了高度耦合的双组份密度场、对流速度场、应变率场、剪切应力场、法向应力场[Jupp, Yuan and Kawakatsu 2003；Guo, Zou, Yang, Yuan and Wang, 2014]。这不仅揭示了剪切成带等奇异流变现象的物理本质、形成机理和流场诱导相变的动力学路径，还首次用数值模拟从物理机理揭示了双组份高分子体系的平衡态相图随应变率的变化而迁移这一早在五十多年前就观测到的实验现象，并确定了它的分子动力学控制参数。二是通过与日本川勝（东北大学）和土井（东京大学）教授的合作，首创了融爱德华兹自洽场理论和土井-爱德华兹（Doi-Edwards）分子动力学模型为一体的高分子理论框架[Shima et al 2003]。它把高分子链构象统计理论与高分子动力学有机的结合起来，构成了从分子水平上研究含有纳米尺寸以上微相畴区动力学、流场诱导的非均相高分子动力学、以及在非平衡态下进行微观形态调控所必须的基础理论。由于描述了完整的高分子链构象的统计信息，这个统一的高分子理论将为真正实现从大分子动力学到介观微区动力学、直至连续介质非线性流体力学的多尺度数值模拟提供可靠的理论框架。然而若要解决工程问题，利用大规模并行计算技术开展数值求解是唯一的途径。 ③开创计算流变学领域中的多种新颖计算策略并构建了大规模并行计算流变学平台。一是为了解决粘弹流体数值算法中的所谓“高Deborah 数问题”，于九十年代初与剑桥大学物理系、卡文迪什实验室的世界著名理论物理学家Sir Sam F. Edwards教授合作，以第一作者首创了新颖的Lagrangian-Eulerian计算策略，并通过对标准粘弹流体问题的计算机模拟，验证了它的良好收敛性和准确性[Yuan, Ball and Edwards 1993]。随后，这一计算策略又被成功地推广到模拟含自由边界粘弹流体挤出流[Yuan, Ball and Edwards 1994]、剪切成带流变现象[Yuan 1999]，以及介观尺度下模拟浓悬浮液颗粒[Yuan and Ball 1994]、泡沫[Yuan and Edwards 1995]和乳液滴[Yuan and Doi 1998]在剪切流场下的动力学和流变行为。通过把Lagrangian-Eulerian计算策略与随机(Stochastic)模拟算法的有机结合，实现了（粗粒化的）微观分子动力学与连续介质流体力学之间的双尺度耦合数值模拟，从而为在复杂流体边界条件下检验各种难以用偏微分方程形式准确表达的微观分子动力学模型提供了可靠的数值模拟方法。这一新颖算法被首先应用于模拟剪切流场下自组装蠕虫状胶束的流变行为，成功地用数值模拟再现了其独特的剪切成带等流变现象[Spenley, Yuan and Cates 1996]。Lagrangian-Eulerian计算策略的公开发表直接引发了包括英国、德国、丹麦、西班牙和日本在内的同行广泛跟踪研究。二是通过与单肖文和陈沪东博士的合作，建立了针对波尔兹曼方程进行逐级高阶近似的严格步骤，首次为计算流体力学领域里流行的波尔兹曼格子算法提供了坚实的理论基础[Shan, Yuan and Chen 2006]，并提出了如何正确引入分子间长程相互作用、粘弹性本构方程的实施方案。这种利用波尔兹曼格子算法计算粘弹流体的方法已经成功地获得了验证[Zou, Yuan et.al. 2014]，使得大规模高效并行计算流变学及其工程应用成为可能。三是在连续介质计算流变力学领域，构建了大规模并行计算流变学平台［Omowunmi and Yuan，2011；Yang, Yi, Ren, Xu, Xu and Yuan, 2015］，并将运用于研究“弹性湍流”这一学术界最具挑战性前沿问题。 ④发明面向复杂流体高通量流变和微观结构动态表征的流变芯片并获得国际领先研究成果，引领缩微流变仪的发展和应用。为了完整地表征各种复杂流体的（微观或宏观）本构关系，构建集成化的流变学实验表征平台。这包括分子水平上的表征、剪切和拉伸条件下的流变和微观结构动态表征［Hodgkinson,Chen,Bayat,Yuan 2014；Hodgkinson,Bayat,Yuan 2014］、在复杂粘弹流场下应力场和动态速度场的表征［Lanzaro and Yuan 2014；Lanzaro，Li and Yuan 2014]。除了常规的力学、流变与激光同步测量技术以外，作为技术发明人近来在研制缩微流变仪方面也取得了显著进展。曼彻斯特大学据此申请了世界专利[Rheochip,WO Patent 2,012,017,246]，并获得美国专利授权。缩微流变仪具有样品用量少、惯性影响低、灵敏度高、可进行实时流变和微观结构动态表征、并可仿真微流场环境（小到5微米）等优点。它的最大剪切率量程要比现有的商业流变仪的量程至少高出两个数量级，达到106s-1以上。这一平台被首先用于对低粘度半稀大分子溶液在微流器件中的非线性粘弹流变行为的全面定量表征。由此获得的实验数据与从数值模拟平台的计算结果进行严格比较，从而验证各种大分子动力学模型在预估超弹性流变行为的准确性，并为进一步完善大分子复杂流体动力学理论、定量研究“弹性湍流” 提供可靠的技术手段。这一缩微流变仪平台实现了当前商业流变设备还不具备的功能，已经被若干世界著名生物医药公司（如Medlmmune）应用于抗体蛋白药的快速筛选、配方和加工工艺的设计和优化。这一技术还将在细胞快速检索、临床检测等生物医学领域，以及软物质材料的高通量分子和配方筛选、全数字化设计和制造中得到广泛应用。 近十年主要学术论文和专利 1. A. Lan